DE1760713A1

DE1760713A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Wirrfaden-Vlieses aus synthetischen Faeden

Info

Publication number: DE1760713A1
Application number: DE19681760713
Authority: DE
Inventors: Guenther Espanion; Karl-Heinz Dr Feltgen
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1968-06-22
Filing date: 1968-06-22
Publication date: 1972-04-06
Also published as: BE734936A; DE1760713B2; GB1218009A; FR2011477A1; NL6909410A; CH498207A; AT310922B; US3698610A

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG

LEVERKUSIN-Bnenmk ₂ 1, J(Jm' 19&8 Pateat-AbtcUuag Mr/s ch.

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Wirrfaden-Vlieses aus synthetischen Fäden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Wirrfaden-Vlieses aus synthetischen Fäden, die als Schar aus den Düsen eines Spinnstockes von Streckwalzen oder von Vorratsrollen oder dergl. mittels eines bandförmigen Luftstrahls abgezogen und auf einer Unterlage abgelegt werden.

Die zugehörige Vorrichtung, von der die Erfindung ausgeht, besteht aus den Spinndüsen eines Spinnstockes oder Vorratsrollen, denen eine Abzugsvorrichtung nachgeschaltet ist, sowie eine Ablagevorrichtung .

Derartige Wlrrfaden-Vliese werden hergestellt aus endlosen Fäden aus z.B. hochpolymeren Substanzen, wie Polyolefinen, Polyaethylenterephtalaten oder Polyamiden.

Es ist bekannt, nicht gewebte textile Flächengebilde, also Wirrfaden-Vliese, dadurch zu erzeugen, daß aus der Schmelze synthetischer Hochpolymerer ersponnene Fäden im Anschluß an den Austritt aus der Spinndüse und in einer Entfernung von letzterer, die ausreicht, die Fäden erstarren zu lassen, durch einen mit

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Gas oder Luft gespeisten Ejektor gesaugt und anschließend auf eine wandernde Unterlage wirr aufgeblasen werden, wobei besondere Vorrichtungen eine genügende Breite der erzeugten Vliese und genügende Gleichmäßigkeit des Fläschengewlchts über die Breite bewirken.

Aufgabe des genannten Ejektors - oder mehrerer von ihnen - 1st einmal, die Fäden mit möglichst hoher Geschwindigkeit ( mehrere 1000 m/min ) abzuziehen, weil die dadurch erzeugte molekulare Orientierung in den Fäden deren Reißfestigkeit und Reißdehnung günstig beeinflußt und weil hohe Geschwindigkeiten größere Wirtschaftlichkeit bedeuten, und zum anderen, die einzelnen Elementarfäden unter möglichst geringer Bündelung und mit möglichst gleichmäßiger Dichte auf die Unterlage aufzublasen.

Für ein gleichmäßiges und seine Struktur kaum erkennen lassendes Aussehen des Vlieses ist die wirre Lage aller Fäden, bei der benachbarte Fäden über nicht längere Strecken gleiche Richtung haben, als es der statistischen Wahrscheinlichkeit entspricht, besonders wichtig. Die erwähnte Bündelung von Einzelfäden erzeugt demgegenüber ein unerwünschtes grobstrukturiertes Aussehen des Vlieses. Wie die Erfahrung zeigt, sind nun die beiden Forderungen, hohe Abzugsgeschwindigkeit und bündelungsfreie Ablage der Fäden beim gemeinsamen Abziehen.vieler Einzelfäden in einem Luftstrom gleichzeitig nur schwierig zu erfüllen. Der Luftstrom kann nämlich die für das Verziehen - die Steigerung. der Fadengeschwindigkeit Im noch flüssigen Teil auf rund das .

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100 bis 1000-fache der Austrittsgeschwindigkeit aus den Düsenbohrungen - nötigen Kräfte nur auf die Fäden übertragen, wenn diese sich ihm wellenförmig oder verschlingen darbieten, also auf wesentlichen Teilen ihrer Länge mehr oder weniger quer angeblasen werden, wohingegen die reine Längsanströmung gestreckter Fäden allein durch Oberflächenreibung selbst bei sehr hohen Luftgeschwindigkeiten ( Überschall ) nicht genügende Kräfte überträgt. Die erwähnte verschlungene Fadenlage leistet andererseits der unerwünschten Verknäuelung und Bündelung von Einzelfäden Vorschub.

Es ist daher vorgeschlagen worden, die Schar der aus einer Viel-Lochdüsenplatte austretenden Fäden dort, wo sie schon erstarrt sind, aber oberhalb des Ejektors, elektrostatisch aufzuladen, so daß die gleichnamig aufgeladenen Einzelfäden sich nach Verlassen des ERektors gegenseitig abstoßen und dadurch Bündelungen vermieden werden. Die Aufladung macht aber die Anwendung sehr hoher Spannungen von JO kV und mehr, und daher umfangreiche Sicherheits- und Schutzvorrichtungen, erforderlich.

Es ist ebenfalls schon vorgeschlagen worden, die eine Düsenreihe verlassende Fadenschar relativ langsam, etwa mit 600 bis 1200 m/min, in turbulenzarm strömender Luft und daher ohne Fadenvers chi ingungen und -bündelungen abzuziehen, und die gewünschte molekulare Orientierung in den Einzelfäden dadurch zu erzielen, daß auf die Einzelfäden unmittelbar im Anschluß an den Austritt aus den Spinndüsen in Richtung des Fadenlaufs einwirkende Heißluftstrahlen für eine Beschleunigung der Schmelze

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von der Austritts- auf die Abzugsgeschwindigkeit auf sehr kurzer Wegstrecke, etwa 5 mm, sorgen, wobei die durch den großen Geschwindigkeitsgradienten erzeugte Molekül orientierung; bei der

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unmittelbar anschließenden Abkühlung fixiert werden soll; Begrenzte Abzugsgeschwindigkeit und, durch die nötige Anblaslänge in der relativ langsam strömenden Luft bedingte, große Apparate-Abmessungen sind hier nachteilig.

Zur Vermeidung dieser Nachteile sieht nun die vorliegende Erfindung vor, daß der Gas- oder Luftstrahl mit Überschallgeschwindigkeit aus einer Düse austritt, um einen Winkel zwischen 15° und 4o° umgelenkt wird und an einer Fläche entlangströmt, wobei die Fadenschar an der Umlenkstelle des Gas- oder Luftstrahls in diesen eintritt.

Nach diesem Verfahren läßt sich eine beliebige Anzahl von Fäden mit einer hohen Geschwindigkeit von mehreren 1000 m/min abziehen und bündelungsfrei auf eine Unterlage, z.B. Transportband, aufblasen. Gegenüber den vorbekannten Verfahren entsteht die Abzugswirkung nicht nach dem EJektorprinzip. Beim Ejektorprinzip wird der Impuls eines Hochgeschwindigkeitsluftstrahls durch turbulente Vermischung auf die die abzuziehenden Fäden begleitende und mit ihnen angesaugte "Sekundärluft" übertragen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren hingegen werden die Fäden direkt in einen überschau-Luftstrahl sehr geringer Dickenausdehnung eingeführt.

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Vom Theoretischen her macht sich die Erfindung die Fähigkeit eines Übersehall-Luftstrahls zunutze, daß dieser um eine scharfe Kante herum expandieren kann. Außerdem wird der sogenannte Coanda-Effekt ausgenutzt, wonach ein dünner, aus einem Schlitz in eine Wand geneigt zu dieser austretender Hochgeschwindigkeitsstrahl zur Wand hin abgelenkt wird und an dieser entlang strömt. Dort, wo der Strahl aus der Düse austritt und in die durch die erwähnte Wand gegebene Richtung selbsttätig umgelenkt wird, tritt die Fadenschar mittig in den Strahl ein, so daß die aerodynamischen Kräfte unmittelbar, also ohne Vermischung mit Sekundärluft, als Abzugskräfte genutzt werden.

Nach einer besonderen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch zusätzliche Organe eine Sekundärluftströmung erzeugt, durch die die äußeren Fäden (Randfäden) der Fadenschar zur Mitte der Schar hin eingezogen werden. D.h. also, auf diese einfache Weise wird die Breite der Fadenschar, die sie im Luftstrahl besitzt, geregelt, um die Randzonendichte des zu erzeugenden Vlieses zu beeinflussen.

Eine weitere Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt vor, die Fäden kurz vor dem Eintritt in den Gas- oder Luftstrahl auszurichten, so daß sie genau in die Mittelebene des Strahls eintreten.

Bei der zugehörigen erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht die Abzugsvorrichtung aus einer Wandung, die parallel zur Fadenab-

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zugsrichtung ausgerichtet ist und eine Oberschall erzeugende Schlitzdüse aufweist, die sich quer über die Wandung erstreckt und deren Mittelebene mit derjenigen der eintretenden Fadenschar einen Winkel zwischen 15° und 40° einschließt.

Die durch diese erfindungsgeraäße konstruktive Ausführungsform der Vorrichtung erzielbaren Vorteile sind bereits erläutert r, worden.

Vorzugsweise ist die Schlitzdüse zum Erzeugen der Überschallgeschwindigkeit des Gas- oder Luftstrahls als Lavaldüse ausgebildet. Zu jedem Verhältnis des Druckes vor der Düse zu demjenigen Druck hinter der Düse - der letztere ist im allgemeinen Atmosphärendruck - besteht ein optimales Querschnittsverhältnis P₂ZP₁ der Querschnitte der Düse, wobei Fj den engsten Querschnitt bezeichnet und F₂ den Austrittsquerschnitt· Gerade bei diesem optimalen Verhältnis wird eine stoß- und || nachexpanslonsfreie, also mit geringsten Verlusten behaftete Beschleunigung des Gases erreicht. Es wurde gefunden, daß es bei gegebenem Querschnittsverhältnis F₂/F-| » ( z.B. 1,25, entsprechend einer Machzahl des austretenden Strahl bei richtiger Expansion von Mach 1,60), zweckmäßig ist, den Speisedruck vor der Düse höher als passend einzustellen. Im Austrittsquerschnitt P₂ herrscht dann höherer als Atmosphärendruck, und der Gasstrahl expandiert nach, und zwar, wegen der Geometrie am Austrittsquerschnitt, nach Art einer Prandtl-Meyer-Expansion um die scharfe Grenzkante zwischen Düse und Wandung herum nach unten

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entlang der Wandung. Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß bei einer Spaltweite des engsten Düsenquerschnittes F^ der Lavaldüse von 0,3 bis 0,4 mm und bei einem Druck vor der Düse von etwa 3*5 atü die Zone sehr hoher Geschwindigkeit des Luftstrahls noch 100 mm von der Düsenmündung entfernt eine Dicke von nicht mehr als 1 mm aufweist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wandung gegenüber eine im Abstand zu dieser einstellbaren Platte angeordnet. Sie % ist vorzugsweise um eine zur Schlitzdüse parallele Achse schwenkbar und feststellbar gelagert.

Da die Wandung mit der Schlitzdüse eine endliche Breite besitzt, stellen die Enden der Schlitzdüse hinsichtlich des Strömungsbildes singuläre Stellen dar, die sich von dem übrigen mittleren Teil der Strömung dadurch unterscheiden, daß in diesen Randzonen eine Neigung zur unerwünschten Bündelung der Fäden mit "Garnbildung" besteht. Durch geeignete, in einfacher Weise durch Versuche zu ermittelnde Einstellung der erwähnten Platte läßt sich erreichen, daß die vom schnellen Abzugsgasstrahl an den Randzonen angesaugte Sekundärluft zur Mitte der Fadenschar gerichtete Geschwindigkeitskomponenten erhält, so daß die Randfäden zur Mitte hin eingezogen werden in den Bereich der gleichmäßigen mittleren Strömung. Das gebildete Vlies zeigt aufgrund der erzielten gleichen Fadenabstände im Gasstrahl eine über die ganze Breite homogene Fadendichte. Die hier erwähnte Sekundärluft ist nicht zu verwechseln mit derjenigen Sekundärluft, die bei nach dem vorbekannten

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Ejektorprinzip arbeitenden Abzugsvorrichtungen auftritt.

Es versteht sich, daß die gesamte Abzugsvorrichtung in an sieh bekannter Weise hinundhergeführt werden kann. Die erzeugte Vliesbahn zeigt dann z.B. Zickzack- oder Mäanderstruktur, je nachdem, wie Hubchangiergeschwindigkeit und transportbandgeschwindlgkeit aufeinander abgestimmt sind· .. "

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der. Vorrichtung ist oberhalb der Schlitzdüse ein Distanzhalter Dadurch wird die Reibung der Fäden an der Vandtang gering gehalten» denn der Distanzhalter führt die Fäden in die Mittelettene des Gasstrahls ein. Der Distanzhalter besteht ineinfachster Weise aus einem gespannten Draht von wenigen Zehntel Millimetern Durchmesser. Er 1st vorzugsweise an die Wandung angelegt und seine Stärke entspricht in diesem Falle, der halben f>$fike des Gasstrahles. . .

Das Material, aus denen synthetische Fäden gesponnen sind, enthält oft Mattierungsmittel, z.B. Titandloxid, die eine,3$ark schleifende Wirkung auf den Distanzhalter ausüben wurden«: um das Einschleifen von Nuten zu vermelden, sieht deshalb die Erfindung vorzugsweise vor, den Distanzhalter mit einer hinundherfahrenden Verschiebevorrichtung auszustatten. Nach einer alternativen Ausführungsform ist der Distanzhalter als endloser, über FUhrungsrollen umlaufender Draht ausgebildet.

Anhand einer Zeichnung sei nun die Erfindung in einem AusfUhrungsbeispiel schematisch dargestellt und erläutert. Es

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Figur 1 die gesamte Vorrichtung in der Seitenansicht, mit Abzug der Fäden aus einem Spinnstock,

Figur 2 die Schlitzdüse sowie den Distanzhalter im Querschnitt in vergrößerter Darstellung, und

Figur 3 die Abzugsvorrichtung in perspektivischer Darstellung mit einem als endlosen, umlaufenden Draht ausgebildeten Distanzhalter.

Aus einem Spinnstock 1 werden durch Spinndüsen 2 synthetische Fäden j3 mittels einer Abzugsvorrichtung k abgezogen. In der Wandung 5 ist eine Lavaldüse 6 angeordnet, der ein Druckraum 7 vorgeschaltet ist.

Die Lavaldüse 6 (Fig. 2) schließt mit der Mittelebene der eintretenden Fadenschar j5 einen Winkel von 50° ein. Der Eintrittsquerschnitt F.J steht in einem vorgegebenen Verhältnis zum Austrittsquerschnitt Fg, wodurch der austretende Gasstrahl 8 Überschallgeschwindigkeit erhält und um die scharfe Kante 9 herum expandiert, jedoch an der Wandung 5 anliegen bleibt. An der Umlenkstelle des Gasstrahls 8 treten die Fäden 3 In diesen ein, nachdem sie von einem als Distanzhalter 10 ausgebildeten, endlosen Draht, der über Führungsrollen 11 und 12 umläuft, ausgerichtet worden sind (Fig. 3).

Zum Einziehen der Randfäden 3 (Figur 3) wird mittels der einstellbaren Platte 13, die um die Achse 14 drehbar und feststellbar ist, künstlich Sekundärluft an den Randzonen des Gasstrahls 8 einge-

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saugt, wodurch die Fäden j$ der Randzonen eingezogen werden« um eine Bündelung und Garnbildung zu verhindern, bevor sie' auf einem Transportband 15» auf dem das Vlies 16 gebildet wird» abgelegt werden (Fig. 1)·*

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Claims

Patentansprüche;

1) Verfahren zum Herstellen eines Wirrfaden-Vlieses aus synthetischen Fäden, die als Schar aus den Düsen eines Spinnstockes von Streckwalzen oder von Vorratsrollen oder dergl. mittels eines bandförmigen Gas- oder Luftstrahls abgezogen und auf einer Unterlage abgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas- oder Luftstrahl mit Übe^Schallgeschwindigkeit aus einer Düse austritt, um einen Winkel zwischen 15° und 40° umgelenkt wird und an einer Fläche entlangströmt, wobei die Fadenschar an der Umlenkstelle des Gas- oder Luftstrahls in diesen eintritt.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sekundärluftströmung erzeugt wird, durch die die äußeren Fäden der Fadenschar zur Mitte hin eingezogen werden.

3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden kurz vor dem Eintritt in den Gas- oder Luftstrahl ausgerichtet werden.

4) Vorrichtung zum Herstellen eines Wirrfaden-Vlleses aus synthetischen Fäden, bestehend aus den Spinndüsen eines Spinnstockes oder Vorratsrollen, denen eine Abzugsvorrichtung nachgeschaltet ist, sowie eine Ablageeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsvorrichtung (4) aus einer Wandung (5) besteht, die parallel zur Fadenabzugsrichtung ausgerichtet ist und eine Überschau erzeugende Schlitzdüse (6) aufweist, die sich quer über die Wandung (5) erstreckt und deren Mittelebene mit derjenigen der

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eintretenden Fadenschar (j5) einen Winkel zwischen 50° und 75° einschließt.

5) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzdüse (6) als Lavaldüse ausgebildet ist.

6) Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandung (5) gegenüber eine im Abstand zu dieser einstellbare

^ Platte (13) angeordnet ist.

7) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (13) um eine zur Schlitzdüse (6) parallele Achse (14) schwenkbar und feststellbar gelagert ist.

8) Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Schlitzdüse (6) ein Distanzhalter (10) angeordnet ist.

9) Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzhalter (10) mit einer hinundherfahrenden Verschiebevorrichtung ausgestattet ist.

10) Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzhalter (10) als endloser, über Führungsrollen (11,12) umlaufender Draht ausgebildet ist.

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